能量代謝測量高級技術(shù)方案在爬行動物研究中的應(yīng)用

以色列特拉維夫大學(xué)Shahar Dubiner博士、動物生理生態(tài)學(xué)家Shai Meiri和Eran Levin教授合作于2023年在國際《Journal of Animal Ecology》雜志上發(fā)表《Squamate metabolic rates decrease in winter beyond the effect of temperature》一文，這篇文章的核心內(nèi)容是關(guān)于以色列地區(qū)59種鱗片爬行動物（squamates）在冬季和夏季的代謝率變化的研究。文中的代謝率測量研究采用了開放式實(shí)時(shí)小蜥蜴呼吸代謝測量裝置，包括如下SSI實(shí)驗(yàn)室模塊式高級配置、FMS便攜式多通道野外配置等，是爬行類動物生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)研究榜樣設(shè)施。

研究者測量了156個(gè)個(gè)體在冬季和/或夏季的標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR，即在不活動狀態(tài)下的氧氣攝取量），這些個(gè)體代表了以色列17個(gè)本地家族的59種鱗片爬行動物，以及在兩個(gè)季節(jié)都測量了32個(gè)物種的同一個(gè)體的每小時(shí)的靜息代謝率（RMR）。在平均1月的夏季高溫和冬季低溫（20℃和12℃）下，白天和夜間連續(xù)測量氣體交換，并使用系統(tǒng)發(fā)育混合模型來檢驗(yàn)SMR如何隨季節(jié)、生物群落、體型、溫度和一天中的時(shí)間變化。

  夏季晝夜物種平均每小時(shí)V?CO2從05：00–06：00（日出前不久）開始顯著上升，并且在測量結(jié)束時(shí)（12：00）仍然保持高位（FIGURE1）。夜行性和無規(guī)律晝夜性物種在測量過程中的任何時(shí)候都沒有表現(xiàn)出升高的代謝率。冬季晝夜物種的平均標(biāo)準(zhǔn)化每小時(shí)代謝率從05：00-06：00（日出前不久）上升，并在12：00時(shí)仍然保持高位。從09：00-10：00開始，無規(guī)律晝夜性物種的代謝率顯著上升，并且在測量結(jié)束時(shí)仍然保持高水平。在01：00-02：00測量的第一個(gè)小時(shí)內(nèi)，夜行性物種的代謝率較高，在10：00-11：00時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)小高峰。

  在系統(tǒng)發(fā)育混合模型中，包括所有59個(gè)物種在20℃下測量（188個(gè)測量值），地中海物種的SMR在兩個(gè)季節(jié)都比同等大小的沙漠物種高29.8%（CI：高19.2%–41.3%;z=3.06，p =0.002）。生物群落之間的異速生長斜率沒有差異。異速生長斜率下降（z=6.28，p< 0.001，R2_lik=0.94），從夏季的0.846±0.025（n=56）到冬季的0.709±0.022（n=42），但季節(jié)對截距沒有影響（FIGURE2）。

  在兩個(gè)季節(jié)測量的32個(gè)個(gè)體（每個(gè)個(gè)體代表一個(gè)物種）中，29個(gè)個(gè)體的代謝率在冬季相對于夏季，在12℃和20℃下都降低了。冬季20℃質(zhì)量校正SMR平均比夏季SMR低46.6%（95%CI：40.9%–51.7%，n=32，R2_lik=0.91，z=?6.17，p<0.001;FIGURE3a）。冬季12℃質(zhì)量校正SMR比夏季SMR低69.6%（CI：63.4%–74.7%，n=32，R2_lik=0.81，z=?6.41，p< 0.001; FIGURE3b）。

  在兩個(gè)季節(jié)（n=32）測量的個(gè)體的冬化期間SMR的溫度敏感度（Q10在12℃–20℃時(shí)）增加了1.75倍（n=32，R2_lik=0.24，p<0.001），從4.4（CI：3.9–5.0）到7.7（CI： 6.8–8.7;FIGURE4）。                    

該研究結(jié)果挑戰(zhàn)了人們普遍持有的觀點(diǎn)，即鱗狀動物生理學(xué)主要由溫度塑造，內(nèi)在代謝調(diào)節(jié)的作用很小。總的研究表明，季節(jié)性、晝夜性和地理因素可以引發(fā)鱗狀動物物種新陳代謝的顯著變化。